JP2007024740A - 二次電池の充電率推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動直後またはリセット直後の前処理フィルタ手段および適応デジタルフィルタ演算手段の演算開始時における誤差を低減し、充電率を精度良く推定できる二次電池の充電率推定装置を提供する。
【解決手段】起動直後またはリセット直後における前処理フィルタ手段３および適応デジタルフィルタ演算手段４の演算開始時に、適応デジタルフィルタ演算手段の推定誤差が０となるように前処理フィルタ手段を初期化する初期化手段７を備えた構成。例えば（数１）式に示す初期化を行えば（数２）式に示したように推定誤差ｅ(ｋ）が０となるため、適応デジタルフィルタにおける電池パラメータ推定値は再調整されない。従って推定値の初期値が真値とほぼ一致していれば、リセット直後からパラメータ推定値は真値に追従するので、リセット直後から充電率を精度良く推定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電率ＳＯＣ（充電状態ともいう）を推定する装置に関する。

特許文献１に記載のように、二次電池の充電率ＳＯＣと開路電圧Ｖ_０（通電遮断時の端子電圧であり、起電力、開放電圧ともいう）の関係は、劣化の進行具合や温度等の使用条件によらず略一定であるという特性があるので、使用中の二次電池について開路電圧を求めることにより現在の充電率を正確に推定することができる。特許文献１においては、二次電池の電流Ｉと端子電圧Ｖから適応デジタルフィルタを用いて開路電圧Ｖ_０を推定し、開路電圧Ｖ_０から予め計測しておいたデータに基づいて充電率ＳＯＣを求めている。
また、特許文献２には、パラメータ推定演算を中止（電源オフまたはリセット）した後に推定演算を再開する場合には、中止する直前の値（前回値）を用いて充電率推定演算を行う内容が記載されている。

特開２００４−１７８８４８号公報 特開２００４−０７９４７２号公報

特許文献１、特許文献２においては、適応デジタルフィルタによるパラメータ推定を行うための定式化として、実際に計測可能な電流Ｉと端子電圧Ｖに、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ（以下、前処理フィルタと記載）で処理した値を用いて演算を行っている。そして特許文献２においては、適応デジタルフィルタを用いた推定ロジックが動作を開始するＣＰＵの起動直後あるいはＣＰＵがソフトウエアまたはハードウエア的にリセットがかかった直後（以後両者を総じて「リセット直後」と表記する）に前記前処理フィルタおよび前記適応デジタルフィルタにより電池パラメータ推定ロジックが演算を開始した時点において、前処理フィルタにおける電流と電圧の１階微分値〔Ｉ_２(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）〕および２階微分値〔Ｉ_３(ｋ）、Ｖ_３(ｋ）〕の初期出力値をそれぞれ０に初期化している。このため、例えば電流Ｉ(ｋ）≠０かつ一定の状態でリセットがかかってしまうと、演算を開始する際のパラメータ推定値の初期値〔Ｋ(ｋ−１）、Ｔ_１(ｋ−１）、Ｔ_２(ｋ−１）、ｈ(ｋ−１）〕が真値とほぼ一致しているにもかかわらず、推定誤差ｅ(ｋ）がゼロでない値を持っため、これがゼロになるように電池パラメータ推定値が再調整されてしまう。その結果、パラメータ推定値が真値から離れた値に推定されてしまい、充電率推定値にも推定誤差が生じてしまう、という問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、起動直後またはリセット直後の前処理フィルタ手段および適応デジタルフィルタ演算手段の演算開始時における誤差を低減し、充電率を精度良く推定することの出来る二次電池の充電率推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、起動直後またはリセット直後における前処理フィルタ手段および適応デジタルフィルタ演算手段の演算開始時に、適応デジタルフィルタ演算手段の推定誤差が０となるように前処理フィルタ手段を初期化する初期化手段を備えるように構成している。具体的には、例えば請求項２に記載のように、 （ａ）電流についてのローパスフィルタは、初期出力Ｉ_１(ｋ）が計測された電流値Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
（ｂ）電流についての１階微分フィルタは、初期出力Ｉ_２(ｋ）が０となるように初期化し、
（ｃ）電流についての２階微分フィルタは、初期出力Ｉ_３(ｋ）が０となるように初期化し、
（ｄ）電圧についてのローパスフィルタは、初期出力Ｖ_１(ｋ）が計測された電圧値Ｖ(ｋ）となるように初期化し、
（ｅ）電圧についての１階微分フィルタは、演算を中止する直前の演算結果であるｈ(ｋ−１)を用いて、初期出力Ｖ_２(ｋ）＝ｈ(ｋ−１)・Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
（ｆ）電圧についての２階微分フィルタは、初期出力Ｖ_３(ｋ）が０となるように初期化する。この初期化により、（数２）式に示すように推定誤差ｅ(ｋ）は０となる。

リセット直後において、例えば（数２）式に示したように推定誤差ｅ(ｋ）が０となるため、適応デジタルフィルタにおける電池パラメータ推定値は再調整されない。従って、推定値の初期値が真値とほぼ一致していれば、リセット直後からパラメータ推定値は真値に追従する。その結果、リセット直後から充電率を精度良く推定することができる、という効果がある。

（実施例１）
図１は、本発明の一実施例の構成を示す機能ブロック図である。
本発明は図１に示すように、二次電池に充放電される電流を定期的に検出する電流計測部１と、電池の端子電圧を定期的に検出する電圧計測部２と、計測した電流値Ｉ(ｋ）と電圧値Ｖ(ｋ）からそれらにローパスフィルタ処理を施した値〔Ｉ_１(ｋ）、Ｖ_１(ｋ）〕、１階微分値〔Ｉ_２(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）〕、２階微分値〔Ｉ_３(ｋ）、Ｖ_３(ｋ）〕を演算する前処理フィルタ部３と、前処理フィルタ部３の出力を入力として、電池の内部状態を表すパラメータ（Ｋ，Ｔ_１，Ｔ_２）を推定する適応デジタルフィルタ演算部４と、前処理フィルタ部３の出力と適応デジタルフィルタ演算部４で同定された電池パラメータとから開路電圧Ｖ_０(ｋ）を推定する開路電圧演算部５と、予め取得した当該電池の充電率−開路電圧特性に基づいて、上記の推定された開路電圧Ｖ_０(ｋ）から充電率ＳＯＣを演算する充電率演算部６と、起動（電源投入）またはリセットを検出し、起動時またはリセット後の演算開始時に前処理フィルタ部３を初期化する前処理フィルタ初期化部７から構成されている。ただし、（ｋ）は時点ｋにおける値（現時点の演算値）、ｈ(ｋ−１）は時点ｋの一回前の演算時における値（前回の演算値）を示す。

図２は、本発明の一実施例の具体的な構成図である。この実施例は、二次電池でモータ等の負荷を駆動したり、モータの回生で二次電池を充電したりするシステムにおいて、二次電池の充電率を推定演算する機能を設けた例を示す。
図２において、１０は二次電池、２０はモータ等の負荷、３０は二次電池の充電率や満充電容量等を推定する電子制御ユニット（バッテリコントローラ）で、ブログラムを演算するＣＰＵやプログラムや演算結果を記憶するＲＯＭやＲＡＭから成るマイクロコンピュータと電子回路等で構成されている。４０は電池から充放電される電流を検出する電流センサ、５０は電池の端子電圧（単に電圧ともいう）を検出する電圧センサであり、それぞれ電子制御ユニット３０に接続されている。上記の電子制御ユニット３０は前記図１の前処理フィルタ部３、適応デジタルフィルタ演算部４、開路電圧演算部５、充電率演算部６、および前処理フィルタ初期化部７の部分に相当する。また、電流センサ４０は電流計測部１に、電圧センサ５０は電圧計測部２に、それぞれ相当する。

最初に、図１中の適応デジタルフィルタ演算部４において行われる適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ（Ｋ，Ｔ_１，Ｔ_２）の推定方法に関して説明する。

図３は、上記の推定に用いる電池モデルを示す回路図である。図３において、モデルヘの入力は電流Ｉ(ｔ）［Ａ］（正値：充電、負値：放電）、出力は端子電圧Ｖ(ｔ）［Ｖ］、開路電圧Ｖ_０(ｔ）［Ｖ］であり、Ｒ_１は電荷移動抵抗、Ｒ_２は純抵抗、Ｃ_１は電気二重層容量である。本モデルは正極、負極を特に分離していないリダクションモデル（一次）であるが、実際の電池の充放電特性を比較的正確に示すことが可能である。
この電池モデルは、ｓを微分オペレータとして（数７）式で表現できる。

上記（数７）式を変形すると下記（数８）式になる。

開路電圧Ｖ_０は、電流Ｉに可変な効率ｈを乗じたものを、ある初期状態から積分したものと考えれば、下記（数９）式で示すことが出来る。

（数９）式を（数８）式に代入すれば（数１０）式になり、整理すれば（数１１）式になる。

安定なローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ）を（数１１）式の両辺に乗じ、整理すれば（数１２）式になる。なお、ローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ）の詳細については後述する。

ここで、実際に計測可能な電流Ｉ(ｔ）や端子電圧Ｖ(ｔ）を、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ（図１の前処理フィルタ演算手段３）で処理した値を下記（数１３）式のように定義する。なお、(ｔ）は時間の関数であることを示している。

上記（数１３）式で示す変数を用いて（数１２）式を書き直せば、（数１４）式になる。

（数１４）式は、計測可能な値と未知パラメータの積和式になっているので、一般的な適応デジタルフィルタの標準形（数１５）式と一致する。

ただし、
ｙ＝Ｖ_２(ｔ）、 ω^Ｔ＝［Ｖ_３(ｔ），Ｉ_３(ｔ），Ｉ_２(ｔ），Ｉ_１(ｔ）］、
θ^Ｔ＝［−Ｔ_１，Ｋ・Ｔ_２，Ｋ，ｈ］
である。
従って、電流Ｉと端子電圧Ｖにフィルタ処理を施した信号を、適応デジタルフィルタ演算に用いることで、未知パラメータベクトルθを推定することが出来る。

本実施例では、単純な「最小二乗法による適応デジタルフィルタ」の論理的な欠点、すなわち、一度推定値が収束すると、その後パラメータが変化しても再度正確な推定ができない点を改善した「両限トレースゲイン方式」を用いる。
上記（数１５）式を前提に未知パラメータベクトルθを推定するための逐次推定アルゴリズムは（数１６）式に示すようになる。ただし、ｋ時点のパラメータ推定値をθ^(ｋ）とする。なお、θの右肩に付した＾は推定値を示すが、数式中ではθの真上に付している（以下、同じ）。

ここで、trace｛Ｑ(ｋ)｝は行列Ｑ(ｋ)のトレースを意味する。また、λ_１、λ_３、γ_Ｕ、γ_Ｌは設計パラメータ（初期設定値）で、０＜λ_１＜１、０＜λ_３＜∞とする。λ_３は適応デジタルフィルタの推定演算の応答速度を設定する定数（調整ゲイン）であり、値を大きくすることにより応答速度は速くなるが、その反面ノイズの影響を受けやすくなる。γ_Ｕおよびγ_Ｌはそれぞれ行列Ｑ(ｋ)のトレースの上下限を規定するパラメータであり、０＜γ_Ｌ＜γ_Ｕとなるように設定する。また、Ｐ(０）は十分大きな値、θ(０）は非ゼロで十分小さな値とする。
以上が適応デジタルフィルタ演算部において行われる適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ推定方法である。

次に図１中の開路電圧演算部５での処理に関して説明する。
上記適応デジタルフィルタを用いたパラメータ推定アルゴリズムで算出した電池パラメータ推定値（Ｔ_１^、Ｔ_２^、Ｋ^）と前処理フィルタの出力〔Ｉ_１(ｋ）、Ｉ_２(ｋ）、Ｖ_１(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）〕を用いて、前記（数８）式および（数１３）式から、開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ）は（数１７）式で算出できる。

さらに図１中の充電率演算部６において、予め取得した図４に示す当該電池の開路電圧−充電率特性に基づいて、上記開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ）から充電率ＳＯＣ(ｋ）を算出することができる。

本実施例ではこの充電率推定方法を例として以下の説明を行う。
図５は充電率推定演算の処理手順をリセット直後の初期化処理を含めて示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて実施例の動作を説明する。なお、この処理は所定の制御周期（例えば５０［ｍｓｅｃ］）で実行される。

ｓｔｅｐ１では、電流センサ４０からの信号に基づいて充放電電流Ｉ(ｋ）を検出する。
ｓｔｅｐ２では、電圧センサ５０からの信号に基づいて二次電池の端子電圧Ｖ(ｋ）を検出する。
ｓｔｅｐ３では、初期化完了フラグをチェックし、初期化完了フラグがセットされていない場合には初期化処理（ｓｔｅｐ４、ｓｔｅｐ５、ｓｔｅｐ６）に分岐する。一方初期化完了フラグがセットされている場合には、前処理フィルタ処理（ｓｔｅｐ７）へ分岐する。
なお、初期化完了フラグはリセット直後のように初期化が完了していない場合にはセットされておらず、初期化完了時にフラグにセットされる構成（後記ｓｔｅｐ６）となっている。
ｓｔｅｐ４は、初期化処理の一部であり、前記（数１６）式で示される適応デジタルフィルタの適応則における推定誤差ｅ(ｋ）が０となるように前処理フィルタを初期化する。

以下、ｓｔｅｐ４に示した前処理フィルタの初期化処理について説明する。
前処理フィルタは連続時間系におけるその伝達関数が（数１８）式で表される。

ただし、Ｔ_１は時定数であり、前処理フィルタの特性を規定する定数である。
（数１８）式において、分子はｍ＝０，１，２であり、ｍ＝０はローパスフィルタ、ｍ＝１は１階微分、ｍ＝２は２階微分を表す。
分母の次数ｎは分子の次数ｍ以上であれば良いが、本実施例ではｎ＝３に設定する。（数１８）式の分母を３次としたフィルタを（数１９）式を用いた双一次変換により離散化すると、その一般形は時刻ｋでの出力をｙ(ｋ）、入力をｕ(ｋ）として（数２０）式に示すようになる。なお、本実施例においては、連続系から離散系への変換に双一次変換を用いた場合で説明するが、離散化の方法はこれに限定されるものではない。

（数２０）式において、α_ｉおよびｂ_ｉ（ｉ＝０，１，２，３）はフィルタの特性（Ｔ_ｈとｍ）から決まる定数である。
従って、前処理フィルタにおいて初期化すべき値は、入力の現在値ｕ(ｋ）および過去値ｕ(ｋ−１）、ｕ(ｋ−２）、ｕ(ｋ−３）とフィルタ出力の現在値ｙ(ｋ）および過去値ｙ(ｋ−１）、ｙ(ｋ−２）、ｙ(ｋ−３）である。なお、(ｋ）は今回の演算値（現在値）、(ｋ−１）は一回前の演算値、ｙ(ｋ−２）は二回前の演算値、ｙ(ｋ−３）は三回前の演算値を示す。
入力ｕや出力ｙは、例えば電流についてのローパスフィルタの場合には具体的には（数２１）式のようになる。

この前処理フィルタの初期化の方法にはいくつか考えられるが、ここでは三つの実施例で説明する。なお、いずれの方法においても電流は一定（Ｉ_２＝Ｉ_３＝０）で、かつ電池は定常状態（Ｖ_３＝０）と仮定する。また以下の説明において、リセット直後を時刻ｋとする。

前処理フィルタを初期化する第一の方法では、ｓｔｅｐ１で計測された電流Ｉ(ｋ）とｓｔｅｐ２で計測された電圧Ｖ(ｋ）およびリセット直前に同定してＥＥＰＲＯＭ等に保存しておいた電池パラメータ推定値のうちｈ^(ｋ−１）を用いて下記（ａ）〜（ｆ）に記載のように初期化する。
（ａ）電流についてのローパスフィルタは、リセットより前の時刻においては入力電流がＩ(ｋ）であり（数２２式）、初期出力Ｉ_１(ｋ）が計測された電流値Ｉ(ｋ）となるように初期化する（数２３式）。

（ｂ）電流についての１階微分フィルタは、リセットより前の時刻においては入力電流がＩ(ｋ）であり（数２４式）、初期出力Ｉ_２(ｋ）が０となるように初期化する（数２５式）。

（ｃ）電流についての２階微分フィルタは、リセットより前の時刻においては入力電流がＩ(ｋ）であり（数２６式）、初期出力Ｉ_３(ｋ）が０となるように初期化する（数２７式）。

（ｄ）電圧についてのローパスフィルタは、リセットより前の時刻においては入力電圧がＶ(ｋ）であり（数２８式）、初期出力Ｖ_１(ｋ）が計測された電圧値Ｖ(ｋ）となるように初期化する（数２９式）。

（ｅ）電圧についての１階微分フィルタは、現在の入力がＶ(ｋ）であり、現在およびリセットより前の時刻の出力がｈ(ｋ−１)・Ｉ(ｋ）の定常値となるように、入力および出力を初期化する（数３０式、数３１式）。
ただし△ｔは前処理フィルタの演算周期を表し、本実施例では５０［ｍｓｅｃ］に設定した。

（ｆ）電圧についての２階微分フィルタは、リセットより前の時刻においては入力電圧がＶ(ｋ）であり（数３２式）、初期出力Ｖ_３(ｋ）が０となるように初期化する（数３３式）。

以上が前処理フィルタを初期化する第一の方法である。

次に、前処理フィルタを初期化する第二の方法では、予め測定した当該電池の開路電圧−充電率特性の近似多項式ＳＯＣ＝ｆ(Ｖ_０）を用いて、リセット直前に演算してＥＥＰＲＯＭ等に保存しておいた開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ−１）と満充電容量推定値Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）（満充電容量は総容量とも云う）から電池パラメータｈを推定演算する。
実際には前記（数９）式をｈについて整理して得られる（数３４）式に基づいて演算する。ただしｆ'(Ｖ_０）は開路電圧−充電率特性の近似多項式の導関数であり、αは単位換算係数である。

次に、（数３４）式より求めた電池パラメータｈから、前記の前処理フィルタを初期化する第一の方法における電圧についての１階微分フィルタの初期化方法（数３０式、数３１式）と同様に電圧の１階微分フィルタを初期化する（数３５式、数３６式）。

また、その他のフィルタに関しては、前処理フィルタを初期化する第一の方法と同様の方法により初期化を行う（数２２式〜数２９式および数３２式、数３３式）。
以上が前処理フィルタを初期化する第二の方法である。

なお、リセット直後（リセットを行った時点を含む）の開路電圧Ｖ_０(ｋ）が計測あるいは推定可能であれば、（数３４）式においてＶ_０(ｋ−１）の代わりにＶ_０(ｋ）を用いて電池パラメータｈを演算しても良い。このＶ_０(ｋ−１）の代わりにＶ_０(ｋ）を用いる方法が前処理フィルタを初期化する第三の方法である。

次に、前処理フィルタを初期化する第四の方法では、図５のｓｔｅｐ２で計測された電圧Ｖ(ｋ）を用いて以下のように初期化する。
電流についての１階微分フィルタ、電流についての２階微分フィルタ、電圧についてのローパスフィルタ、電圧についての２階微分フィルタは、前処理フィルタを初期化する第一の方法と同様に初期化する（数２２式〜数２９式および数３２式、数３３式）。また、電圧についての１階微分フィルタは、リセットより前の時刻においては入力電圧がＶ(ｋ）であり（数３７式）、初期出力Ｖ_２(ｋ）が０となるように初期化する（数３８式）。

さらに電流についてのローパスフィルタは、リセットより前の時刻においては入力電流が０であり（数３９式）、初期出力Ｉ_１(ｋ）が０となるように初期化する（数４０式）。

以上が前処理フィルタを初期化する第四の方法である。
以上説明した前処理フィルタの初期化処理において、第一と第二の方法の何れかと第三の方法とを併用しても良い。実際には、充電率推定値処理の停止時間（電源ＯＦＦ中またはリセット中の時間）が比較的短い場合（電池状態があまり変化しない程度の時間）には第一または第二の方法を用いて前処理フィルタを初期化し、充電率推定値処理の停止時間が比較的長く、自己放電等によって電池の状態（開路電圧）が変化していることが予想される場合には第三の方法を選択するのがよい。

次に、ｓｔｅｐ５は、初期化処理の一部であり、適応デジタルフィルタの初期化処理である。ここでは、リセット直前に同定し、ＥＥＰＲＯＭ等に保存しておいた電池パラメータ推定値θ^(ｋ−１）およびＰ(ｋ−１）を読み出して適応デジタルフィルタを初期化する。
実際にはｓｔｅｐ４において第一の方法または第四の方法により前処理フィルタを初期化した場合には、ＥＥＰＲＯＭ等から読み出した電池パラメータ推定値θ^(ｋ−１）およびＰ(ｋ−１）を前記（数１６）式における適応則の前回値とする。
また、ｓｔｅｐ４において第二の方法または第三の方法により前処理フィルタを初期化した場合には、ＥＥＰＲＯＭ等から読み出した電池パラメータ推定値θ^(ｋ−１）のうちｈ(ｋ−１）は使用せず、前記（数３４）式で演算される値を初期値とし、それ以外は読み出した値を初期値とする。
なお、ＥＥＰＲＯＭ等のバックアップ機能が無効な場合では、予め設定してＲＯＭに書き込んだ値を前記（数１６）式における適応則の初期値とすることもできる。

次に、ｓｔｅｐ６は、初期化処理の一部であり、初期化完了フラグに１をセットし、次回以降の演算周期においてはｓｔｅｐ３において、推定処理（ｓｔｅｐ７およびｓｔｅｐ８）へ処理が分岐されるように設定する。
以上で初期化処理を終了する。

ｓｔｅｐ７は、推定処理の一部であり、ｓｔｅｐ３で初期化が完了していると判断された場合において実行される。ｓｔｅｐ１で計測された電流Ｉ(ｋ）およびｓｔｅｐ２で計測された電圧Ｖ(ｋ）に、連続系での伝達特性が前記（数１８）式で示されるローパスフィルタおよびバンドパスフィルタを用いて、前記（数１９）式で示される双一次変換により離散化した前記（数２０）式で示される前処理フィルタ処理を施し、Ｉ_１(ｋ）、Ｉ_２(ｋ）、Ｉ_３(ｋ）およびＶ_１(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）、Ｖ_３(ｋ）を算出する。本実施例では前記（数１８）式における時定数Ｔｈを１.６に設定した。

ｓｔｅｐ８では、ｓｔｅｐ７で算出したＩ_１(ｋ）、Ｉ_２(ｋ）、Ｉ_３(ｋ）およびＶ_２(ｋ）、Ｖ_３(ｋ）を入力とする（数１６）式で表される適応デジタルフィルタにより電池パラメータ推定値θ^(ｋ）を算出する。

ｓｔｅｐ９では、ｓｔｅｐ４で設定またはｓｔｅｐ７で算出された前処理フィルタ出力〔Ｉ_１(ｋ）、Ｉ_２(ｋ）、Ｖ_１(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）〕とｓｔｅｐ８で出力された電池パラメータ推定値〔Ｋ(ｋ）、Ｔ_１(ｋ）、Ｔ_２(ｋ）〕から（数１７）式により開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ）を算出する。

ｓｔｅｐ１０では、図４に示されるような予め計測した当該電池の開路電圧−充電率特性に基づいて、ｓｔｅｐ９で演算された開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ）から充電率推定値ＳＯＣ(ｋ）を算出する。
なお、本実施例で用いたリチウムイオン電池における開路電圧−充電率特性は、（数４１）式に示すような４次の多項式で近似した。

ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは近似多項式の係数である。

ｓｔｅｐ１１では、ｓｔｅｐ４で初期化された、あるいはｓｔｅｐ７で算出された電流Ｉ_１(ｋ）とｓｔｅｐ１０で算出された充電率推定値ＳＯＣ(ｋ）から満充電容量Ｑ_ＭＡＸ(ｋ）（総容量とも云う）を算出する。その方法としては、例えば、（数４２）式に示すように、電流Ｉ(ｋ）を充電率推定値ＳＯＣの時間微分値で除算して求めることが出来る。なお、この詳細については、特開２００１−２３１１７９号公報に記載されている。

ｓｔｅｐ１２では、ｓｔｅｐ８、ｓｔｅｐ９、ｓｔｅｐ１０、ｓｔｅｐ１１で推定された電池パラメータ推定値θ^や開路電圧推定値Ｖ_０、充電率推定値ＳＯＣ、満充電容量推定値Ｑ_ＭＡＸをＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ領域ヘ記憶してバックアップする。
以上で、図５の演算処理を終了する。

図６〜図１０は、本発明の効果をシミュレーションにより検証した結果を示す図である。
本シミュレーションにおいては、図３に示した電池モデルの各パラメータを、それぞれＲ_１＝０.０５、Ｒ_２＝０.３５、Ｃ_１＝３２（Ｋ＝０.４、Ｔ_１＝１.６、Ｔ_２＝１.４）とし、満充電容量３.５３［Ａｈ］と仮定した。
このような電池モデルに、図６中段に示すごときパターンの充放電電流を流した場合の端子電圧が図６下段に示す波形である。また、リセット信号は図６上段に示すタイミングで与えた。

図７および図８は、従来方法（前記特許文献２：特開２００４−０７９４７２号公報）による結果を示す図であり、従来の方法ではリセット直後に大きな推定誤差が発生し、その結果、パラメータ推定値が真値から大きく離れた値に推定される（図７）。そしてその結果、充電率推定値も真値から大きく離れた値に推定されてしまう（図８）。なお、図８において、破線は真値、実線は推定値を示す。

図９、図１０は、本発明の方法による結果を示す図であり、本発明の方法では、リセット後においても、電池パラメータ推定値（図９）、充電率推定値（図１０）ともに、真値から大きく離れた値に誤推定されることなく、リセット後に大きく変動することがなく、充電率推定精度が向上していることがわかる。なお、図１０において、破線は真値、実線は推定値を示す。

上記のように本発明においては、リセット直後において、推定誤差ｅ(ｋ）が０となるように初期化するので、適応デジタルフィルタにおける電池パラメータ推定値は再調整されない。従って、推定値の初期値が真値とほぼ一致していれば、リセット直後からパラメータ推定値は真値を追従する。その結果リセット直後から充電率を精度良く推定することができる。

また、（数１）式に示すように、電流Ｉ(ｋ）の１階微分値Ｉ_２(ｋ）および２階微分値Ｉ_３(ｋ）の初期出力が０となるように、かつ、電圧Ｖ(ｋ）の１階微分値Ｖ_２(ｋ）の初期出力が演算を停止する直前に同定した結果であるｈ(ｋ−１）を用いてＶ_２(ｋ）＝ｈ(ｋ−１)・Ｉ(ｋ）となるように、かつ、電圧Ｖ(ｋ）の２階微分値Ｖ_３(ｋ）の初期出力が０となるように、前処理フィルタ手段を初期化する構成においては、リセット直後において充放電電流が一定の場合でも、（数２）式に示すように推定誤差ｅ(ｋ）が０となるため、上記と同様に、適応デジタルフィルタにおける電池パラメータ推定値は再調整されない。従って、リセット直後において電池パラメータ推定値の初期値が真値とほぼ一致していれば、その後も電池パラメータ推定値は真値を追従する。その結果リセット直後から充電率を精度良く推定することができる。

また、現時点の開路電圧をもとに前処理フィルタの初期値およびパラメータ推定値の初期値を演算する構成においては、適応デジタルフィルタの初期応答性が向上する。

また、充電率推定値処理の停止時間が電池状態があまり変化しない程度の比較的短い場合には第一の初期化処理方法を選択し、前記停止時間が比較的長く、電池の状態が変化していることが予想される場合には第二の初期化処理方法を選択するように切り替えて初期化を行うように構成した場合には、停止時間に応じてより真値に近いと想定される初期値を使用することになるため、適応デジタルフィルタの初期応答性が向上する。

本発明の一実施例の構成を示す機能ブロック図。 本発明の一実施例の具体的な構成図。 推定演算に用いる電池モデルを示す回路図。 電池の開路電圧−充電率特性図。 充電率推定演算の処理手順をリセット直後の初期化処理を含めて示したフローチャート。 シミュレーションにおける入力電流、電圧およびリセット信号を表す図。 シミュレーションにより従来例での電池パラメータ推定結果を表す図。 シミュレーションにより従来例での充電率推定結果を表す図。 シミュレーションにより本発明での電池パラメータ推定結果を表す図。 シミュレーションにより本発明での充電率推定結果を表す図。

符号の説明

１…電流計測部 ２…電圧計測部
３…前処理フィルタ部 ４…適応デジタルフィルタ演算部
５…開路電圧演算部 ６…充電率演算部
７…前処理フィルタ初期化部 １０…二次電池
２０…負荷 ３０…電子制御ユニット
４０…電流センサ ５０…電圧センサ

Claims (6)

1. 二次電池の充放電中の電流Ｉを検出する電流計測手段と、
   二次電池の端子電圧Ｖを検出する端子電圧計測手段と、
   前記電流Ｉと前記電圧Ｖのローパスフィルタ値と微分値を演算する前処理フィルタ手段と、
   二次電池の電池モデルを定義し、その電池モデルを用いて、前記電流Ｉおよび端子電圧Ｖのローパスフィルタ値と微分値を入力として電池モデルのパラメータを一括推定する適応デジタルフィルタ演算手段と、
   前記ローパスフィルタ値および微分値と前記パラメータの推定値とから開路電圧Ｖ_０を演算する開路電圧演算手段と、
   前記開路電圧Ｖ_０から充電率を演算する充電率演算手段と、を有する二次電池の充電率推定装置において、
   起動直後またはリセット直後における前記前処理フィルタ手段および前記適応デジタルフィルタ演算手段の演算開始時に、前記適応デジタルフィルタ演算手段の推定誤差が０となるように前記前処理フィルタ手段を初期化する初期化手段を備えたことを特徴とする二次電池の充電率推定装置。
2. 前記初期化手段は、（数１）式に示すように、
   （ａ）電流についてのローパスフィルタは、初期出力Ｉ_１(ｋ）が計測された電流値Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｂ）電流についての１階微分フィルタは、初期出力Ｉ_２(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｃ）電流についての２階微分フィルタは、初期出力Ｉ_３(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｄ）電圧についてのローパスフィルタは、初期出力Ｖ_１(ｋ）が計測された電圧値Ｖ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｅ）電圧についての１階微分フィルタは、演算を中止する直前の演算結果であるｈ(ｋ−１)を用いて、初期出力Ｖ_２(ｋ）＝ｈ(ｋ−１)・Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｆ）電圧についての２階微分フィルタは、初期出力Ｖ_３(ｋ）が０となるように初期化することにより、
   （数２）式で示すように推定誤差ｅ(ｋ）を０とすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電率推定装置。
   

   

   

   ただし、Ｉ(ｋ）、Ｉ_２(ｋ）、Ｉ_３(ｋ）、Ｖ(ｋ）、Ｖ_２(ｋ）、Ｖ_３(ｋ）は時点ｋにおける値、ｈ(ｋ−１）は時点ｋの一回前の演算時における値を示す。また、ｈは可変な効率を示す。
3. 電池の満充電容量Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）を推定する満充電容量推定手段を有し、記憶しておいたリセット直前の開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ−１）における微分係数ｆ'〔Ｖ_０(ｋ−１）〕と前記満充電容量推定値Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）から、演算を中止する直前の演算結果であるｈ(ｋ−１)の代わりとなる値α／ｆ'〔Ｖ_０(ｋ−１)]・Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）（ただし、αは単位換算係数）を演算し、
   前記初期化手段は、（数３）式に示すように、
   （ａ）電流についてのローパスフィルタは、初期出力Ｉ_１(ｋ）が計測された電流値Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｂ）電流についての１階微分フィルタは、初期出力Ｉ_２(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｃ）電流についての２階微分フィルタは、初期出力Ｉ_３(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｄ）電圧についてのローパスフィルタは、初期出力Ｖ_１(ｋ）が計測された電圧値Ｖ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｅ）電圧についての１階微分フィルタは、演算を中止する直前の演算結果であるｈ(ｋ−１)の代わりに前記α／ｆ'〔Ｖ_０(ｋ−１)]・Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）を用いて、初期出力Ｖ_２(ｋ）＝｛α／ｆ'〔Ｖ_０(ｋ−１)]・Ｑ_ＭＡＸ(ｋ−１）｝Ｉ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｆ）電圧についての２階微分フィルタは、初期出力Ｖ_３(ｋ）が０となるように初期化することにより、
   （数４）式で示すように推定誤差ｅ(ｋ）を０とすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電率推定装置。
   

   

   
4. 前記初期化手段は、
   記憶しておいたリセット直前の開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ−１）の代わりに、リセット直後の開路電圧Ｖ_０(ｋ）を用いることを特徴とする請求項３に記載の二次電池の充電率推定装置。
5. 前記初期化手段は、（数５）式に示すように、
   （ａ）電流についてのローパスフィルタは、初期出力Ｉ_１(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｂ）電流についての１階微分フィルタは、初期出力Ｉ_２(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｃ）電流についての２階微分フィルタは、初期出力Ｉ_３(ｋ）が０となるように初期化し、
   （ｄ）電圧についてのローパスフィルタは、初期出力Ｖ_１(ｋ）が計測された電圧値Ｖ(ｋ）となるように初期化し、
   （ｅ）電圧についての１階微分フィルタは、初期出力Ｖ_２(ｋ）＝０となるように初期化し、
   （ｆ）電圧についての２階微分フィルタは、初期出力Ｖ_３(ｋ）が０となるように初期化することにより、
   （数６）式で示すように推定誤差ｅ(ｋ）を０とすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電率推定装置。
   

   

   
6. 請求項１に記載の二次電池の充電率推定装置において、前記初期化手段は、請求項２または請求項３に記載の構成と、請求項４に記載の構成との両方を備え、充電率推定値処理の停止時間が電池状態があまり変化しない程度の比較的短い場合には請求項２または請求項３に記載の初期化処理を選択し、前記停止時間が比較的長く、電池の状態が変化していることが予想される場合には請求項４に記載の初期化処理を選択するように切り替えて初期化を行うことを特徴とする二次電池の充電率推定装置。

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